Λύσεις — Ενότητα 1.3: Μετάδοση Θερμότητας (σελ. 47-48) – ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 1.3: Μετάδοση Θερμότητας

Λύσεις στις 4 ερωτήσεις της ενότητας 1.3: μηχανισμός μετάδοσης θερμότητας του ελαίου ψύξης από τον κινητήρα στο περιβάλλον σε αερόψυκτο εμβολοφόρο κινητήρα, μετάδοση της θερμότητας καύσης από τον κύλινδρο στο περιβάλλον (αγωγή μέσω τοιχωμάτων + μεταφορά μέσω πτερυγίων ψύξης), η κύρια αιτία θέρμανσης της ασφάλτου το καλοκαίρι (ακτινοβολία), και οι εφαρμογές των εναλλακτών θερμότητας σε αεροπορικούς κινητήρες (ψύξη ελαίου, θέρμανση καυσίμου, κλιματισμός).

Μετάδοση θερμότητας ελαίου ψύξης αερόψυκτου κινητήρα

Ερώτηση: Περιγράψτε με ποιον ή ποιους τρόπους μεταδίδεται η θερμότητα του ελαίου ψύξης ενός αερόψυκτου εμβολοφόρου κινητήρα από τον κινητήρα στο περιβάλλον.

Απάντηση:

• §1.3.1.2. «Σε υγρόψυκτο κινητήρα, η θερμότητα από τα τοιχώματα των κυλίνδρων διοχετεύεται στο ψυκτικό υγρό κυρίως μέσω μεταφοράς. Το ψυκτικό υγρό... διοχετεύει τη θερμότητα... στην ατμόσφαιρα μέσω ενός εναλλάκτη...» και §1.3.1.5. «Οι εναλλάκτες ψύξης χρησιμοποιούνται στους αεροπορικούς κινητήρες κυρίως για την ψύξη του ελαίου λίπανσης.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η θερμότητα του ελαίου ψύξης (λίπανσης) ενός αερόψυκτου εμβολοφόρου κινητήρα μεταδίδεται στο περιβάλλον με μικτή μετάδοση, δηλαδή συνδυασμό μηχανισμών: πρώτα το έλαιο απορροφά θερμότητα με αγωγή από τα θερμά μεταλλικά μέρη του κινητήρα με τα οποία έρχεται σε επαφή (π.χ. τοιχώματα κυλίνδρου, έδρανα). Στη συνέχεια, το θερμό έλαιο μεταφέρεται (με εξαναγκασμένη μεταφορά, χάρη στην αντλία λαδιού) μέσα από αγωγούς στον εναλλάκτη θερμότητας (ψυγείο ελαίου). Μέσα στον εναλλάκτη, η θερμότητα του ελαίου μεταδίδεται τελικά στο ρεύμα αέρα που διαπερνά τον εναλλάκτη (και πάλι με εξαναγκασμένη μεταφορά, χάρη στο ρεύμα αέρα από τον έλικα ή/και ειδικό ανεμιστήρα), χωρίς ανάμιξη ελαίου και αέρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μικτή μετάδοση: αγωγή (κινητήρας→έλαιο) + εξαναγκασμένη μεταφορά (έλαιο→εναλλάκτης→αέρας)

Μετάδοση θερμότητας καύσης στο περιβάλλον σε αερόψυκτο κινητήρα

Ερώτηση: Με ποιον τρόπο μεταδίδεται η θερμότητα που δημιουργείται από την καύση του μείγματος αέρα καυσίμου από το εσωτερικό του κυλίνδρου ενός αερόψυκτου εμβολοφόρου κινητήρα στο περιβάλλον;

Απάντηση:

• §1.3.1.1. «Αντιπροσωπευτικό παράδειγμα μετάδοσης θερμότητας με αγωγή σε εμβολοφόρο κινητήρα έχουμε στον κύλινδρο καύσης... Η θερμότητα... διοχετεύεται μέσω των τοιχωμάτων του κυλίνδρου από την εσωτερική στην εξωτερική του επιφάνεια» και υποσημείωση: «Αν ο κινητήρας είναι αερόψυκτος..., η θερμότητα αποβάλλεται στην ατμόσφαιρα με τη βοήθεια πτερυγίων ψύξης (cooling fins)... Πρόκειται για μετάδοση με μεταφορά.» Σχήμα 1.9: «Η θερμότητα περνάει από τον κύλινδρο στο περιβάλλον και με τη βοήθεια πτερυγίων ψύξης και του ρεύματος αέρα από τον έλικα.»

Σύνοψη: Η θερμότητα μεταδίδεται με δύο διαδοχικούς μηχανισμούς (μικτή μετάδοση): πρώτα με αγωγή, μέσω των τοιχωμάτων του κυλίνδρου, από την εσωτερική στην εξωτερική επιφάνειά του· και έπειτα με (εξαναγκασμένη) μεταφορά, από την εξωτερική επιφάνεια του κυλίνδρου προς την ατμόσφαιρα, με τη βοήθεια των πτερυγίων ψύξης (που αυξάνουν την ψυχόμενη επιφάνεια) και του ρεύματος αέρα που δημιουργεί ο έλικας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Αγωγή (τοιχώματα κυλίνδρου) → εξαναγκασμένη μεταφορά (πτερύγια ψύξης + ρεύμα αέρα ελικοφόρου)

Θέρμανση ασφάλτου το καλοκαίρι

Ερώτηση: Το καλοκαίρι η άσφαλτος θερμαίνεται κυρίως εξαιτίας: Α) μετάδοσης θερμότητας με μεταφορά. Β) από τις εξατμίσεις των αυτοκινήτων. Γ) μετάδοσης θερμότητας με ακτινοβολία.

Απάντηση:

• §1.3.1.3. «Η θερμική ακτινοβολία μπορεί να διέρχεται και μέσα από το κενό, όπως για παράδειγμα η ηλιακή ακτινοβολία φθάνει από τον ήλιο στη γη» και «Η μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία είναι ο μοναδικός από τους τρόπους μετάδοσης που δεν εξαρτάται από την ύπαρξη ενός μέσου».

Σύνοψη: Σωστή απάντηση: Γ) μετάδοσης θερμότητας με ακτινοβολία. Η άσφαλτος θερμαίνεται το καλοκαίρι κυρίως από την ηλιακή ακτινοβολία, η οποία φτάνει από τον Ήλιο στη Γη διαμέσου του κενού διαστήματος — η ακτινοβολία είναι ο μοναδικός τρόπος μετάδοσης θερμότητας που δεν χρειάζεται υλικό μέσο. Η επιλογή Α δεν ισχύει, καθώς δεν υπάρχει εξωτερική αιτία ή διαφορά πυκνότητας ρευστού που να μεταφέρει θερμότητα στην άσφαλτο· η Β αναφέρεται σε δευτερεύουσα, τοπική και μη κύρια αιτία.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Σωστό: Γ) ακτινοβολία — ηλιακή ακτινοβολία, ο μόνος τρόπος μετάδοσης χωρίς ανάγκη υλικού μέσου

Εφαρμογές εναλλάκτη σε αερόψυκτο εμβολοφόρο και σε αεριοστρόβιλο κινητήρα

Ερώτηση: Αναφέρατε τις εφαρμογές ενός εναλλάκτη σε έναν αερόψυκτο εμβολοφόρο αεροπορικό κινητήρα και σε έναν αεριοστρόβιλο κινητήρα.

Απάντηση:

• §1.3.1.5. «Οι εναλλάκτες βρίσκουν εφαρμογή σε αεροπορικές εφαρμογές για την ψύξη του ελαίου λίπανσης, Σχήμα 1.12, για τη θέρμανση του καυσίμου, στα συστήματα κλιματισμού κ.ά.»

Σύνοψη: Σύμφωνα με το βιβλίο, οι εναλλάκτες θερμότητας βρίσκουν εφαρμογή σε αεροπορικούς κινητήρες (τόσο εμβολοφόρους όσο και αεριοστροβίλους) κυρίως για: την ψύξη του ελαίου λίπανσης (π.χ. το ψυγείο ελαίου ενός αερόψυκτου εμβολοφόρου κινητήρα, Σχήμα 1.12), τη θέρμανση του καυσίμου, και τη λειτουργία των συστημάτων κλιματισμού του αεροσκάφους.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Εφαρμογές εναλλάκτη: ψύξη ελαίου λίπανσης, θέρμανση καυσίμου, συστήματα κλιματισμού